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ThinkPad Notebook wird zum Robotergehirn

Zusammen mit dem Internet der Dinge und der künstlichen Intelligenz trägt die Robotik dazu bei, die Welt, in der wir leben, zu verändern. Man kann sich leicht den Hype um Ereignisse wie ABU Robocon vorstellen, bei dem Vertreter von Universitäten und Akademien aus der ganzen Welt herausfinden, wessen Roboter die Aufgabe in der vorgegebenen Zeit erledigen kann.



Das Mechatronik-Team der Universität Kyoto hat in diesem Bereich besondere Ergebnisse erzielt: Er gewann 2019 die japanische Studentenmeisterschaft und erreichte das Viertelfinale von ABU Robocon. Es ist erwähnenswert, dass in dem von Studenten erstellten Modell der ThinkPad X1 Carbon-Laptop als „Gehirn“ verwendet wird, das die mit Sensoren gesammelten Daten analysiert. Wir haben einige Mitglieder des Kreises getroffen und seine Geschichte, die Teilnahme an Wettbewerben und die Erfahrungen mit der Verwendung von ThinkPad-Laptops besprochen.

Wie ist der Mechatronikkreis entstanden?


Der Kreis wurde 1995 organisiert, um an den Japan Student Robocon-Meisterschaften teilzunehmen. Aufgrund der geringen Beliebtheit und des begrenzten Budgets besuchten die Studenten jedoch nur drei Wettbewerbe: 2001, 2003 und 2005. Dann machten sie auf andere Roboterturniere aufmerksam und erzielten gute Ergebnisse:

„Es ist nicht so einfach, eine ausgestattete Werkstatt für ein solches Hobby zu finden. Der Kreis ist daher nur noch eine Plattform, auf der sich Interessenten für Roboter, Schaltkreise, Programmierung und Maschinenbau zusammenfinden“, sagte Ryohei Morita, Student an der Universität Kyoto und Mitglied des Kreises. - Wir versammeln uns an einem Ort und finden durch gemeinsame Anstrengungen Mittel für die Finanzierung, aber tatsächlich ist jeder mit seinem eigenen Projekt beschäftigt. Wir erzählen uns nicht immer, woran wir arbeiten. Insgesamt gibt es ungefähr 40 Teilnehmer im Kreis, von denen die meisten an der Fakultät für Ingenieurwissenschaften studieren, aber es gibt Ausnahmen - zum Beispiel Apotheker. “

"Unser Club ist nur eine Plattform für Menschen, die sich für Robotik interessieren, und deshalb konnte er dieses Maß an Autonomie erreichen", kommentierte Professor Fumitoshi Matsuno.

Herr Matsuno ist Leiter des Mechatroniklabors an der Universität Kyoto, wo intelligente Geräte an der Schnittstelle von Mechanik, Elektrotechnik und Steuerungssystemen entwickelt werden. Er fungiert auch als Berater des Kreises, hilft bei der Finanzierung der Teilnahme an Wettbewerben und kümmert sich um administrative Angelegenheiten.

"Was, wenn?.."


„Wir haben uns zusammengetan, um die Live-Übertragung von Robocon 2018 zu sehen, und ich wollte plötzlich teilnehmen. Ich habe diese Idee zum Spaß zum Ausdruck gebracht und bin plötzlich in Flammen aufgegangen, obwohl wir nicht genug Leute oder Geld hatten “, erinnert sich Morita.

Angesichts des begrenzten Budgets beschlossen die Studenten, die finanzielle Unterstützung ehemaliger Clubmitglieder in Anspruch zu nehmen, und sammelten nach und nach das Rückgrat des zukünftigen Teams.

„Unter uns waren diejenigen, die sowohl Hardware als auch Software verstehen. Als die offiziellen Regeln des Turniers bekannt gegeben wurden, konnten wir ein Team von 10 Personen zusammenstellen “, sagte der junge Mann.

Die Teilnahme der Jungs an Robocon - 2019 begann mit dem zufälligen Satz „Was wäre wenn? ..“. Und obwohl die Schüler auf gewisse Schwierigkeiten stießen, konnten sie einen vollwertigen Roboter entwickeln und ihn dem Wettbewerb stellen. Das Thema des Turniers wurde als „Great Uertu“ bezeichnet, was vom mongolischen Reitpostsystem inspiriert war.

Die Teams verwendeten zwei Roboter anstelle von Postpferden. Sie mussten alle Hindernisse überwinden und den "Herege" (Pass) so schnell wie möglich ins Ziel bringen. Dabei mussten sie auch einen „Spaziergang“ (Würfel) werfen, und der Roboter hatte kein Recht, die Route zu vervollständigen, bis das gewünschte Ergebnis erzielt wurde.


Roboter bewegen sich auf dem Territorium, um Hindernissen auszuweichen (Quelle: Ulaanbaatar, Mongolei, Regelbuch des ABU Asia-Pacific Robot Contest, 2019).

Roboterhirn


„Unser Roboter sendet Infrarotstrahlung in alle Richtungen aus und analysiert die empfangenen Signale, um die Entfernung zu den nächsten Hindernissen zu berechnen und diese selbst zu umgehen. Es gab andere Roboter mit einem ähnlichen System beim Turnier, aber wir haben nur vermutet, dass der Laptop das „Gehirn“ des Geräts ist “, sagte Kotaro Matsuoka, Student an der Universität Kyoto und Mitglied des Kreises. "Andere Teams verwendeten kleine PCs, zum Beispiel Raspberry Pi, aber mit einem Laptop verfügen Sie über einen Vollbildschirm und eine Tastatur, mit denen Sie alle auftretenden Probleme im Handumdrehen lösen können."

Ich kann es nicht einmal glauben


Im Vergleich zu anderen Teams sah das Mechatronik-Team der Universität Kyoto schwächer aus. Und während der Qualifikationsrunden und in der Phase des Turniers selbst war es offensichtlich, dass sich die Ereignisse bei ihrer Präsentation überhaupt nicht entwickelten.

"In den Testrennen zeigten einige Teams Ergebnisse, die unsere für 30 Sekunden oder länger umgingen, und ihre Roboter waren zweifellos besser", bemerkt Matsuoka. - Erstens haben wir uns damit abgefunden, dass wir kein Glück hatten. Aber am Ende hat jedes Team seine eigenen Probleme aufgedeckt, und wir haben es geschafft, zu gewinnen. “


Das Team des Mechatronik-Clubs der Universität Kyoto, die Gewinner des japanischen Studententurniers Robocon 2019.

Zeit zum Aktualisieren


Nach dem Gewinn des Turniers 2019 bereitete sich das Team auf die ABU Robocon-Wettbewerbe vor und sah sich einem ernsthaften Problem gegenüber - einer unzureichenden Rechenleistung des Systems. Um Hindernisse rechtzeitig zu umgehen, müssen sie in Echtzeit "gesehen" werden, und dieser Prozess erfordert einen enormen Rechenaufwand. Deshalb mussten sich die Jungs von ihrem alten ThinkPad-Laptop verabschieden und das moderne ThinkPad X1 Carbon übernehmen.

"Sobald wir den Laptop ausgetauscht hatten, verschwanden alle Softwareprobleme sofort", sagte Yuki Takezawa, ein Mitglied des Kreises, mit einem Lächeln. - Bei der Hardware konnten wir das Ergebnis um ca. 35 Sekunden verbessern. Dadurch konnten Qualifikationsrunden bestanden werden, nicht jedoch das Finale. An den Wettbewerben nahmen jedoch viel mehr technologische Roboter teil, daher bin ich mit den Ergebnissen zufrieden. "


Der Roboter „sieht“ seine Umgebung mithilfe von Sensoren, die den Standort und die Entfernung zu Hindernissen anhand der reflektierten Infrarotstrahlen bewerten.

Die Jungs belegten unter 17 teilnehmenden Teams den 8. Platz und erhielten eine Auszeichnung für das beste Design. „In diesem Turnier mussten Roboter die Würfel heben und würfeln. Die Richter waren beeindruckt, dass unser Roboter der einzige war, der beide Aktionen mit demselben Mechanismus ausführte “, bemerkt Matsuoka.


Die ursprüngliche Lösung, bei der derselbe Mechanismus zum Greifen und Werfen von „Gehen“ verwendet wurde, half dem Team, eine Auszeichnung für das beste Design des Roboters zu erhalten.

"Wir haben uns aus vielen Gründen für das ThinkPad X1 Carbon entschieden, aber die Hauptsache war die Unterstützung des Intel Core der 8. Generation - eines modernen Prozessors, der große Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten kann", sagte Takesawa. "Nach einer Reihe von Experimenten mit einem relativ neuen Laptop von einem der Teilnehmer haben wir die Ergebnisse ausgewertet und die Bedeutung dieses Kriteriums erkannt."

Matsuoka merkte an, dass der Laptop Vibrationen, Erschütterungen und Stößen durch Kollisionen standhalten muss, denen er während der Bewegung des Roboters ausgesetzt ist. Daher waren Stärke und Zuverlässigkeit ein weiterer wichtiger Faktor. Darüber hinaus zeichnet sich das ThinkPad X1 Carbon durch sein geringes Gewicht, sein klassisches rechteckiges Gehäusedesign und seine gute Autonomie aus. All dies vereinfacht den Installationsprozess und die weitere Verwendung bei der Konstruktion des Roboters. Eine große Anzahl von Ports trägt zur Verbesserung der Systemleistung bei, indem zusätzliche Geräte und Sensoren angeschlossen werden.


Der Lenovo Laptop, der auf einer der Oberflächen des Roboters montiert ist, hilft bei der Verarbeitung von Sensordaten direkt während des Transports.

„Kurz gesagt, alles lief genau so, wie ich es erwartet hatte. Wir haben immer noch eine beeindruckende Leistungsspanne und hatten dank der Software zusätzliche Möglichkeiten. Nur für den Fall, wir haben einen anderen PC mitgenommen, aber wir haben ihn einfach nicht gebraucht, weil das ThinkPad X1 Carbon die Lasten bewältigt und alle Tests bestanden hat “, fasst Matsumoto zusammen.

Wir bei Lenovo glauben an einen „intelligenten Transformationsprozess“, der dazu beiträgt, die Gegenwart mit der Zukunft und ihren fortschrittlichen Technologien zu verbinden. Roboter, die in der Mechatronik-Gruppe der Universität Kyoto entwickelt wurden, sind ein gutes Beispiel dafür, weil sie mit modernen, aber recht traditionellen technologischen Lösungen hergestellt werden.

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